NADCA(北美压铸协会)推荐H13工具钢工艺规范

发布时间：2024-10-15

钢的验收标准真空热处理模锻焊

模焊（冲模堆焊）

优质和高级优质H13钢及其压铸模具的热处理验收标准NADCA#207-2003(优质品和高级优质品)目录

页码

摘要.....................................................................................................................................................1目的综述.............................................................................................................................................1Ⅰ材料质量要求.................................................................................................................................2Ⅱ材料质量合格证.............................................................................................................................6Ⅲ热处理质量要求.............................................................................................................................6Ⅳ热处理质量检验要求：.................................................................................................................9Ⅴ热处理质量合格证书...................................................................................................................12附录1：............................................................................................................................................16附录2................................................................................................................................................21附录3................................................................................................................................................37

提供：NADCA材料委员会

本文中涉及的ASTM标准可从其销售部门获得：：

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北美压铸协会或本著作作者均不得：

对本文件中所包含信息的准确性、完整性或实用性作出任何陈述、表达或暗示；对本文件中所述任何信息、方法、处理方式或设备的使用所造成的费用或损失承担任何责任。

NADCA成员公司均为压铸行业的主要材料供应商以及/或者是H13模具钢热处理商，这些公司之间已达成一项协议。优质和高级优质的H13模具钢的材料质量和热处理质量验收标准、特定的技术规范（如前所述）以及认证计划均已制定。这种钢的热处理更加均匀和可靠，从而减少热处理过程中的过度变形和开裂风险并使模具寿命更长久。

倘若满足本技术规范中的所有质量要求，当处理优质H13钢时，钢的冶炼方法和锻造工艺可以不按照本规范中的规定。

在处理高级优质H13钢时，炼钢法必须包括二次精炼，ESR（电渣重熔）或VAR（真空电弧重熔）。但是，直径小于3″（76mm）的小圆钢可能不可以采用这些重熔方法。不管采用何种炼钢法或铸造工艺的情况下，本规范中涉及的材料必须符合其所有质量要求。

本规范中的热处理质量要求适用于真空淬火和高压气体淬火方法。当NADCA认可其它热处理方法时，本规范中的工艺范围专指真空奥氏体化和压缩气体淬火。

本验收标准和技术规范并不适用于所有压铸模具，其仅适用于要求大批量生产和临界性能的领域。模具商和工具制造商必须索要用于制作压铸模具的优质和高级优质H13钢的材料质量合格证，并且索要依照本规范进行淬火的每一炉H13钢的热处理质量合格证。

对于材料质量和热处理质量要求更高的某些领域，可使用高级优质H13钢，并应符合相应的NADCA#207-2003高级优质钢的规范要求。

对于材料质量和热处理质量要求较低的领域，可使用优质H13钢，并应符合相应的NADCA#207-2003优质钢的规范要求。

注意：NADCA已尽一切努力确保本工艺规范中所包含信息的准确性，但是NADCA对使用本工艺规范所导致的损坏、伤害或经济损失不承担任何责任。

请核对供货说明书，以获取所使用产品的详细指南,确保遵守所有安全规范。

Ⅰ材料质量要求

A主要合金元素及杂质的百分含量（以重量百分比）

钢的特定质量等级要按照化学成分进行分类，如表1。

表1特殊质量模具钢的化学成分

NADCA

材料类别

等级ABCDE

优质H13型高级优质H13型改进后2367型H11型/2343改进后H11型

0.37-0.420.37-0.420.32-0.400.35-0.420.32-0.43

0.20-0.500.20-0.500.10-0.600.20-0.600.10-0.70

≤0.025≤0.015≤0.020≤0.025≤0.020

≤0.005≤0.003≤0.003≤0.003≤0.003

0.80-1.200.80-1.200.10-0.500.80-1.200.10-0.55

5.00-5.505.00-5.504.70-5.305.00-5.504.70-5.70

1.20-1.751.20-1.752.00-3.301.10-1.601.10-2.10

0.80-1.200.80-1.000.40-0.700.30-0.600.30-0.60

B硬度

优质及高级优质钢均应：退火后的硬度不应超过HBW235。C显微清洁度

显微清洁度（非金属夹杂物严重程度）的允许限度，应依据ASTME45的方法A（最新版本）确定。应用I-r获取额定增量0.5。最大允许值如下。

优质钢

杂质类型A（硫化物）B（铝化物）C（硅酸盐）D（球状氧化物）D．超声波探伤

进行适当的超声波探伤，以确保无缺陷。所有坯料不应存在超声波探伤时的内部缺陷：如带状物、氧化物、孔隙、裂纹、严重偏析等。原始钢坯的超声波探伤按ASTM推荐的A388和E114标准（最新版本）。验收标准由买卖双方协商达成。

细系1.01.51.02.0

粗系0.51.01.01.0

高级优质钢细系0.51.50.51.5

粗系0.51.00.51.0

E．冲击试验

所有厚度≥2-1/2″的轧制成品都可以进行冲击性能试验。试样应取自于母坯横截面的中心位置（见图1、图2）。每批生产材料至少要取5个试样进行冲击试验，一批材料必须是在相同工艺下锻造或轧制成同一尺寸，并统一装炉退火的坯料。铸造、轧制工艺不同，

成形尺寸不同、不是一次装炉退火的钢锭都为多批次处理，需要进行追加的试验。

图1.矩形/正方形母料V形缺口摆锤冲击试验试样采取位置示意图，在横截面的中心处采样。

注意：缺口基面应与母料纵轴方向平行，参看ASTMA370最新版本夏比V形缺口摆锤

冲击试验试样采取位置。

图2圆截面棒料V形缺口摆锤冲击试验试样采取示意图，在横截面的中心处采样。

注意：缺口基面应与母料纵向平行，参看ASTMA370最新版本夏比V形缺口摆锤冲击试验

试样采取位置。

单个试件应按大于额定尺寸（1/2”×1/2”×2-1/2”）进行机械加工，试件在加工到最终尺寸之前应进行淬火、回火。对试件进行如下热处理、加工和检验：1.在1885℉（1030℃）的温度下奥氏体化30min；2.油淬，油温最高为120℉（50℃）；

3.在1100℉（590℃）温度下至少进行两次回火，每次回火至少保温2h，以达到最终硬

度；HRC44-46；4.每次回火之间空冷至室温；

5.遵守之前试验的淬火过程，将试样加工至最终尺寸并磨光。参看ASTMA370夏比V形缺口摆锤冲击试验试件，图11a:

●相邻边之间应保证●截面尺寸精度为●试件长度应为

●55×10mm面上的表面粗糙度

缺口长度方向与棱边的角度相邻边之间的角度截面尺寸精度试件长度精度（L）缺口中心（L/2）缺口角度精度缺口半径精度缺口深度精度粗糙度要求

90°±2°90°±10min.

±0.075mm（±0.003in）

＋0，－2.5mm（＋0，－0.100in）±1mm（±0.039in）±1°

±0.025mm（±0.001in）±0.025mm（±0.001in）缺口表面和反面为2µm（63µin.）其它两个表面为

4µm（125µin.）

90°±10’

±0.100mm(±0.004in)55±1mm（2.165±0.040in）≤63µin（1.6μm）。

ASTMA370中图11a夏比全尺寸冲击试验试件

6.在室温下使用试验机对五个冲击试样进行试验，试验机应符合ASTME23标准的校

准要求。得到5个试验值，去掉1个最高值和1个最低值，剩余3个取平均值。具体试验数值应符合下述规定值。7.验收标准：

a)优质钢：平均值为8英尺·磅，单个最小值为6英尺·磅。b)高级优质钢：平均值为10英尺·磅，单个最小值为8英尺·磅。

注意：这些冲击韧性值仅适用在最终加工之前，依照上述方法进行单独热处理的冲击试样。最终加工之后，在夏比冲击试样上开缺口，缺口最好磨光，不允许出现EDM缺口。F.晶粒度：

晶粒度的测定依照ASTM

E112标准采用直接淬火方法：在1885℉（1030℃）的温度

下奥氏体化30min，中速或快速淬火以及在最低1100℉（594℃）的温度下进行回火。淬火应在保护介质中进行，或在非保护介质中采用过大的试件进行。晶粒度等级采用ASTM标准中的比较法获得，应控制在ASTM标准7级或更细（≥7级）。

晶粒度的判定也可以采用另一种方法：取一代表性的试件进行淬火（在保护介质或在非保护介质中采用适当过大尺寸的试件，并在1885℉（1030℃）的温度下加热30min后空冷），但不进行回火，对淬火断层的晶粒度等级进行评定，应≥7级G．退火后的显微结构

对交货钢进行抛光，并用5%浓度的硝酸酒精溶液蚀刻之后，放大500倍，其显微结构应为：主要为铁素体基体，球状碳化物均匀分布在铁素体基体上。H13钢退火显微结构参看NADCA退火显微结构图片(见封面内页)。H:带状偏析

与NADCA带状偏析标准图相比，退火显微结构应无过度的带状偏析，对于尺寸≤4″的，除非初级碳化物过量，否则允许有带状偏析。

依照本规范的NADCA优质或高级优质H13模具钢而指定的材料应附有钢供应商提供的出厂合格证明，该证明包含以下数据和信息：

A.供应商热处理说明B.退火后布氏硬度C.化学成分分析D.显微清洁度等级E.超探合格证F.晶粒度等级G.退火后显微结构等级H.微观带状物等级

I.冲击试验结果：应包括试件的三个单独值以及平均值、热处理和最终硬度。

真空热处理要求

优质的和高级优质H13钢的最关键热处理参数为：奥氏体化和冷却速率。冷速必须严格控制，以减少变形和开裂的风险，同时获得最优的冶金性能。

高级优质钢注意事项：在淬火之前，工件上必须附有专门的试料块。详见第IV-L节。A.设备优质钢——

●真空炉，有至少2巴的回填充能力和一个与并联热电偶相连的程序化的炉控制器●充分的冷却能力，对表面温度为1885℉（1030℃）的模具进行冷却的最小的速率为50℉/min（28℃/min）。见第III-F节。

●在淬火的过程中，以表面和芯部热电偶的输入温度为基础有等温保持的能力高级优质钢——

●真空炉，有至少5巴的回填充能力和一个与并联热电偶相连的程序化的炉控制器

●充分的冷却能力，对表面温度为1885℉（1030℃）的模具进行冷却的最小的速率为50℉/min（28℃/min）。见第III-F节。

●在淬火的过程中，以表面和芯部热电偶的输入温度为基础有等温保持的能力。≠高级优质钢是从NADCA优质钢修改而来。B.装炉

●装炉时，工件的摆放应考虑到加热和冷却是均匀性。

●必须考虑到工件的几何形状，以确保热处理的均匀性，并防止开裂。●炉子不得过载，以保证达到最低淬火率。C.热电偶布置

●推荐采用专用的热电偶孔放置表面热电偶（Ts）。依热电偶导线而定，孔的直径通常为1/8″到1/4″(3.175mm到6.35mm),孔深为0.625″±0.125″(15.87mm±3.175mm)。●表面热电偶（Ts）孔应位于模具后部最大区域的中心位置，其尺寸至少为1/4T×1/4W，或在距最近角1/2半径处。

●利用已有的冷却孔将芯部热电偶（Tc）尽量放置在靠近物块中心处。在不能放置芯部热电偶的地方，则将热电偶置于模具最厚处物块的中心处，以此来监测温度。●所有热电偶孔均应使用耐火纤维填充，以防治其与淬火剂直接接触。●必须紧固热电偶线，防止其在淬火过程中移动。

●如果多个料块以相同负载进行淬火，则应将热电偶放置在横截面积最大的料块中。D.预热操作

●将工件装入冷炉内，以≤400℉/h（220℃/h）的速率升温，温度由Tc测定。●将炉温加热至1000℉至1250℉（540℃至675℃）并保持，直到Ts-Tc＜200℉(90℃).●将炉温加热至1550℉士50℉（845℃士10℃）并保持，直到Ts-Tc＜100℉(40℃).●热处理人员或工具制造者可自行决定是否需要额外预热步骤。E.奥氏体化

●从最终预热温度快速加热至1885℉士10℉(1030℃士5℃)。

●高温保温时间：Ts-Tc＜25℉后，保温30min；或在Ts达到1885℉（1030℃）后，最多保温90min，以先发生的为准。F.淬火

●按Ts测定，尽可能快速淬火至850℉(455℃)。

●最小淬火率：按Ts测定，在1885℉到1000℉（1030℃到540℃）之间，冷却速率

为50℉/min（28℃/min）（换句话说，Ts在18分钟以内应达到1000℉（590℃））。注意：严格界定如何测定冷却速率对于防止差异出现是非常重要的，对于截面尺寸＞

12″(300mm)模具来说，不可能所有设备都能达到推荐的淬火速率。●当Ts在850℉到750℉（455℃到400℃）之间时，可利用分级淬火。

注意：当表面温度（Ts）和芯部温度（Tc）的温差超过200℉（90℃）时，推荐利用分

级淬火

●Ts达到中断温度之后，当Tc-Ts＜200℉(90℃)时或最多30分钟后，继续进行快速压缩气体淬火。

●持续进行压缩气体淬火，直至Tc＜300℉(150℃)。

●在回火之前，应将模具放在静止空气中冷却，直到表面温度≤120℉（50℃）。●应立即将模具装炉，进行第一次回火。G.回火

●精加工之前要求至少进行两次回火。●在回火之间，工件应冷却到室温。

●将工件加热到最高回火温度以下50℉（25℃）或最低温度为1000℉（565℃），在空

气中冷却进行去应力回火（这项操作至少会产生三轮回火）。

●在炉热电偶测定的基础上，进行回火和应力回火的工件，每英寸厚度的至少保温1h，最少保温2h。H.二次硬化

如果需要二次硬化，工件需在1550℉到1600℉（840℃到870℃）温度下进行退火，每英寸保温1h，以60℉（33℃）/h缓冷至1100℉（540℃），然后随炉冷却。注意：未经客户同意的情况下不得对模具进行二次硬化操作。

NADCA

推荐淬火和回火热处理曲线

I.硬度

●推荐的硬度范围为HRC42-50。硬度范围的下限推荐用于开裂严重的模具，而上限则推荐用于改进了热裂纹抵抗力的模具。

●具体硬度范围必须由客户规定，称为3点范围；例如，HRC44-46。●在做硬度试验时应遵照最新版ASTME10、E18、A956或E384标准。●应在客户同意的位置取至少五个硬度读数（四个角落和中心表面）。●如与规定的硬度范围有任何偏差，皆告知客户。J.炉图数据

●热处理厂应保留依照III.C得到的炉图资料的副本，及反映实际载荷的副本至少7年。

●应以一个明了的方式呈现记录的经过热循环处理的工件的炉图数据，包括预热步骤、奥氏体化以及从淬火温度至Tc＜300℉(150℃)。

●依照Ts测量的温度，在1885℉到1000℉（1030℃到540℃）温度范围内，最小的冷却速率为50℉/min（28℃/min）。

K.淬火后微结构

●应对代表淬火详情的试件进行微观结构检验。

●试件采自于：1）淬火工件的转角处或棱边上2）在整个淬火过程中都附于工件上的试料块，高级优质钢的试料块详情见IV-L。

●依据ASTME3制备试件，并以5%的硝酸酒精溶液进行蚀刻（见附件1）。●试件的淬火显微结构主要组成部分为回火马氏体，其中夹杂一些贝氏体。●应无珠光体、残留奥氏体、脱碳、渗碳或颗粒间的过量沉淀物。

淬火材料的不合格显微结构在NADCA热处理微结构参考图中显示（见封底内页）。L.冲击韧性(仅限于高级优质钢)

●从高级优质H13模具钢（也称为“退火能力”冲击韧性）样本上准备一个厚度约为21/2″×31/2″×1/2″的附体试件，这样21/2″就代表母料厚度方向，31/2″代表母料宽度方向，而1/2″则代表母料的长度方向。

●附体试件应附于每个工件，远离边缘和角落，这样附体试件的21/2″×31/2″面就能够与工件紧密接触。如果采用定位焊，则焊点位置应沿31/2尺寸方向。●附体试件应伴随工件的整个淬火过程，包括预热、奥氏体化、淬火、首次回火。●首次回火之后将附体试件从模具上移除并单独回火至HRC44-46。●试件回火硬度必须达到HRC44-46。

●从附体试件上，应依照ASTMA370标准对三个尺寸为l0mmxl0mm的夏比冲击试样进行加工、开V形口、并在室温下进行测试。V形口基面与母料纵轴方向平行。试样加工至最终尺寸并抛光。见ASTMA370标准中夏比V形口冲击试验最新版本，图11a.

■相邻边角度应为■横截面尺寸精度■试件长度应为

90℃±10′

±0.100mm(±0.004in.)55±1mm（2.165±0.040in.）

■55×10mm面上的表面粗糙度≤63微英寸（1.6微米）。■切口最好磨光，不允许EDM切口。

●验收标准：优质钢的平均值为8英尺·磅，在硬度为HRC44-46之间，单个≥6英尺·磅。应包含三个单个结果以及平均值。

注意：这些韧性标准来自于从淬火过程中附在工件上的高级优质钢试件，将代表工件本身的性质。

缺口长度方向与棱边的角度相邻边之间的角度

90°±2°90°±10min.

截面尺寸精度试件长度精度（L）缺口中心（L/2）缺口角度精度缺口半径精度缺口深度精度粗糙度要求

±0.075mm（±0.003in）

＋0，－2.5mm（＋0，－0.100in）±1mm（±0.039in）±1°